Вакуум (від латів. порожнеча)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Вакуум (від латів. порожнеча)

Вакуум (від латів.(латинський) vacuum — порожнеча), стан газу при тиску значно нижче атмосферного. Поняття Ст застосовується зазвичай до газу, що заповнює обмежений об'єм, але незрідка його відносять і до газу, що знаходиться у вільному просторі, наприклад в космосі. Поведінка газу у вакуумних пристроях визначається співвідношенням між довжиною вільного пробігу l молекул (або атомів) і розміром d , характерним для даного приладу або процесу. Такими розмірами можуть бути, наприклад, відстань між стінками вакуумного об'єму, діаметр вакуумного трубопроводу, відстань між електродами електровакуумного приладу і тому подібне Залежно від співвідношення l і d розрізняють: низьке Ст (l << d ), середнє Ст (l ~ d ), і високе Ст (l << d ).

загрузка...

  У вакуумних установках і приладах розміром d ~ 10 см низькому Ст відповідає область тиску вище 10 2 н / м-коду 2 (1 мм рт. ст. ), середньому Ст — від 10 2 до 10 -1 н / м-код 2 (від 1 до 10 -3 мм рт. ст. ) і високому Ст — нижче за 0,1 н / м-код 2 (10 -8 мм рт. ст. ). Область тиску нижче 10 -6 н / м-коди 2 (10 -8 мм рт. cm. ) називають надвисоким Ст Проте, наприклад, в порах або каналах діаметром d ~ 1 мкм поведінка газу відповідає високому Ст при тиску, починаючи з 10 3 н / м-коду 2 (десятки мм рт. ст. ), а в камерах для імітації космічного простору, розміри яких досягають десятків метрів кордоном між середнім і високим Ст вважає тиск 10 -3 н / м-код 2 (10 -5 мм рт. ст. ).

  Найбільш висока міра Ст, що досягається існуючими методами, відповідає тиску 10 -13 —10 -14 н / м-код 2 (10 -15 —10 -16 мм рт. ст. ). При цьому в 1 см 3 об'єму залишається всього декілька десятків молекул. Міра розрідження, що досягається, визначається рівновагою між швидкістю відкачування газу і швидкістю його вступу у відкачуваний об'єм. Вступ може відбуватися за рахунок проникнення газу у вакуумну камеру ззовні через мікроскопічні отвори (теча), а також в результаті виділення газу, адсорбованого стінками або розчиненого в них (див. Адсорбція ).

  Властивості газу в умовах низького Ст визначаються частими зіткненнями молекул газу один з одним, що супроводяться обміном енергією між ними. Такий газ володіє внутрішнім тертям (див. В'язкість ). Його течія підкоряється законам аеродинаміки (див. Аеродинаміка розріджених газів ). Явища перенесення (електропровідність, теплопровідність, внутрішнє тертя, дифузія) в умовах низького Ст характеризуються плавною зміною або постійністю градієнта переносимої величини. Наприклад, температура газу в просторі між «гарячіше» і «холодною» стінками в низькому Ст змінюється поступово. При цьому переносима кількість тепла ( теплопровідність ) або речовини ( дифузія ) не залежить від тиску. Якщо газ знаходиться в двох сполучених посудинах при різних температурах, то при рівновазі тиску в цих судинах рівні. При проходженні струму в низькому Ст визначальну роль грає іонізація молекул газу (див. Електричний розряд в газі, Іонізація ).

  В високому Ст властивості газу визначаються лише зіткненнями його молекул із стінками. Зіткнення молекул один з одним відбуваються рідко і грають другорядну роль. Рух молекул між стінками відбувається прямолінійно (молекулярний режим перебігу газу). Явища перенесення характеризуються виникненням стрибка градієнта переносимої величини на стінках; наприклад, у всьому просторі між гарячіше і холодною стінками приблизно половина молекул має швидкість, відповідну температурі холодної стінки, а інша половина — швидкість, відповідну температурі гарячої стінки, тобто середня температура газу у всьому об'ємі однакова і відмінна від температури як гарячіше, так і холодною стінок. Кількість переносимого тепла, речовини і так далі прямо пропорціонально тиску газу. Тиск газу, що знаходиться в сполучених посудинах, p 1 і p 2 при різних абсолютних температурах T 1 і T 2 визначається співвідношенням:

  Проходження струму у високому Ст можливо лише в результаті випускання (емісії) електронів і іонів електродами (див. Термоелектронна емісія . Тунельна емісія . Вторинна електронна емісія, Фотоелектронна емісія, Іонна емісія ). Іонізація молекул газу тут грає другорядну роль. Вона істотна в тих випадках, коли довжина вільного пробігу заряджених часток штучно збільшується і стає значно більше відстані між електродами (див., наприклад, Магнетрон, Магнітний електророзрядний манометр ), або при їх коливальному русі довкола якого-небудь електроду (див. Клістрон, Іонізаційний манометр ).

  Властивості газу в середньому Ст є проміжними між його властивостями в низькому і високому Ст

  Особливості надвисокого Ст пов'язані вже не із зіткненнями часток, а з ін. процесами на поверхнях твердих тіл, що знаходяться у В. Поверхность будь-якого тіла завжди покрита тонким шаром газу, який може бути видалений нагрівом (знегажування). Після цього поверхневі властивості тіл різко змінюються: сильно збільшується коефіцієнт тертя, у ряді випадків стає можливою зварка матеріалів навіть при кімнатній температурі і так далі Видалений шари газу поступово відновлюється в результаті адсорбції молекул газу, бомбардуючих поверхню, що супроводиться зміною її поверхневих властивостей. Для зміни цих властивостей досить утворення мономолекулярного шару газу. Час t , необхідне для утворення такого шару в Ст, обернено пропорційно до тиску. При тиску p = 10 -4 н / м-код 2 (10 -6 мм рт. ст .) t = 1 сік , при ін. тиску час t ( сік ) може оцінюватися по формулі: t = 10 -6 * р , де р — тиск в мм рт. ст. (або по формулі t = 10 -4 * р ), де р — тиск в н / м-коду 2 . Ці формули справедливі, якщо кожна молекула газу, ударяющаяся об поверхню, залишається на ній (так званий коефіцієнт захвату дорівнює 1). У ряді випадків коефіцієнт захвату менше 1 і тоді час утворення мономолекулярного шару відповідно збільшується. При р < 10 -6 н / м-коду 2 (10 -8 мм рт. ст. ) утворення мономолекулярного шару газу відбувається за час, що перевищує декілька мін . Надвисоке Ст визначається як таке Ст, в якому за час спостереження не відбувається істотної зміни властивостей поверхні (спочатку вільною від газу) унаслідок її взаємодії з молекулами газу. Про здобуття і вживання Ст див.(дивися) Вакуумна техніка, про вимір Ст — Вакуумметрія .

  Літ. див.(дивися) при ст. Вакуумна техніка .

  А. М. Родіну.